include/linux/hrtimer.h

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  *  hrtimers - High-resolution kernel timers
   4  *
   5  *   Copyright(C) 2005, Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
   6  *   Copyright(C) 2005, Red Hat, Inc., Ingo Molnar
   7  *
   8  *  data type definitions, declarations, prototypes
   9  *
  10  *  Started by: Thomas Gleixner and Ingo Molnar
  11  */
  12 #ifndef _LINUX_HRTIMER_H
  13 #define _LINUX_HRTIMER_H
  14
  15 #include <linux/rbtree.h>
  16 #include <linux/ktime.h>
  17 #include <linux/init.h>
  18 #include <linux/list.h>
  19 #include <linux/percpu.h>
  20 #include <linux/timer.h>
  21 #include <linux/timerqueue.h>
  22
  23 struct hrtimer_clock_base;
  24 struct hrtimer_cpu_base;
  25
  26 /*
  27  * Mode arguments of xxx_hrtimer functions:
  28  *
  29  * HRTIMER_MODE_ABS             - Time value is absolute
  30  * HRTIMER_MODE_REL             - Time value is relative to now
  31  * HRTIMER_MODE_PINNED          - Timer is bound to CPU (is only considered
  32  *                                when starting the timer)
  33  * HRTIMER_MODE_SOFT            - Timer callback function will be executed in
  34  *                                soft irq context
  35  */
  36 enum hrtimer_mode {
  37         HRTIMER_MODE_ABS        = 0x00,
  38         HRTIMER_MODE_REL        = 0x01,
  39         HRTIMER_MODE_PINNED     = 0x02,
  40         HRTIMER_MODE_SOFT       = 0x04,
  41
  42         HRTIMER_MODE_ABS_PINNED = HRTIMER_MODE_ABS | HRTIMER_MODE_PINNED,
  43         HRTIMER_MODE_REL_PINNED = HRTIMER_MODE_REL | HRTIMER_MODE_PINNED,
  44
  45         HRTIMER_MODE_ABS_SOFT   = HRTIMER_MODE_ABS | HRTIMER_MODE_SOFT,
  46         HRTIMER_MODE_REL_SOFT   = HRTIMER_MODE_REL | HRTIMER_MODE_SOFT,
  47
  48         HRTIMER_MODE_ABS_PINNED_SOFT = HRTIMER_MODE_ABS_PINNED | HRTIMER_MODE_SOFT,
  49         HRTIMER_MODE_REL_PINNED_SOFT = HRTIMER_MODE_REL_PINNED | HRTIMER_MODE_SOFT,
  50
  51 };
  52
  53 /*
  54  * Return values for the callback function
  55  */
  56 enum hrtimer_restart {
  57         HRTIMER_NORESTART,      /* Timer is not restarted */
  58         HRTIMER_RESTART,        /* Timer must be restarted */
  59 };
  60
  61 /*
  62  * Values to track state of the timer
  63  *
  64  * Possible states:
  65  *
  66  * 0x00         inactive
  67  * 0x01         enqueued into rbtree
  68  *
  69  * The callback state is not part of the timer->state because clearing it would
  70  * mean touching the timer after the callback, this makes it impossible to free
  71  * the timer from the callback function.
  72  *
  73  * Therefore we track the callback state in:
  74  *
  75  *      timer->base->cpu_base->running == timer
  76  *
  77  * On SMP it is possible to have a "callback function running and enqueued"
  78  * status. It happens for example when a posix timer expired and the callback
  79  * queued a signal. Between dropping the lock which protects the posix timer
  80  * and reacquiring the base lock of the hrtimer, another CPU can deliver the
  81  * signal and rearm the timer.
  82  *
  83  * All state transitions are protected by cpu_base->lock.
  84  */
  85 #define HRTIMER_STATE_INACTIVE  0x00
  86 #define HRTIMER_STATE_ENQUEUED  0x01
  87
  88 /**
  89  * struct hrtimer - the basic hrtimer structure
  90  * @node:       timerqueue node, which also manages node.expires,
  91  *              the absolute expiry time in the hrtimers internal
  92  *              representation. The time is related to the clock on
  93  *              which the timer is based. Is setup by adding
  94  *              slack to the _softexpires value. For non range timers
  95  *              identical to _softexpires.
  96  * @_softexpires: the absolute earliest expiry time of the hrtimer.
  97  *              The time which was given as expiry time when the timer
  98  *              was armed.
  99  * @function:   timer expiry callback function
 100  * @base:       pointer to the timer base (per cpu and per clock)
 101  * @state:      state information (See bit values above)
 102  * @is_rel:     Set if the timer was armed relative
 103  * @is_soft:    Set if hrtimer will be expired in soft interrupt context.
 104  *
 105  * The hrtimer structure must be initialized by hrtimer_init()
 106  */
 107 struct hrtimer {
 108         struct timerqueue_node          node;
 109         ktime_t                         _softexpires;
 110         enum hrtimer_restart            (*function)(struct hrtimer *);
 111         struct hrtimer_clock_base       *base;
 112         u8                              state;
 113         u8                              is_rel;
 114         u8                              is_soft;
 115 };
 116
 117 /**
 118  * struct hrtimer_sleeper - simple sleeper structure
 119  * @timer:      embedded timer structure
 120  * @task:       task to wake up
 121  *
 122  * task is set to NULL, when the timer expires.
 123  */
 124 struct hrtimer_sleeper {
 125         struct hrtimer timer;
 126         struct task_struct *task;
 127 };
 128
 129 #ifdef CONFIG_64BIT
 130 # define __hrtimer_clock_base_align     ____cacheline_aligned
 131 #else
 132 # define __hrtimer_clock_base_align
 133 #endif
 134
 135 /**
 136  * struct hrtimer_clock_base - the timer base for a specific clock
 137  * @cpu_base:           per cpu clock base
 138  * @index:              clock type index for per_cpu support when moving a
 139  *                      timer to a base on another cpu.
 140  * @clockid:            clock id for per_cpu support
 141  * @seq:                seqcount around __run_hrtimer
 142  * @running:            pointer to the currently running hrtimer
 143  * @active:             red black tree root node for the active timers
 144  * @get_time:           function to retrieve the current time of the clock
 145  * @offset:             offset of this clock to the monotonic base
 146  */
 147 struct hrtimer_clock_base {
 148         struct hrtimer_cpu_base *cpu_base;
 149         unsigned int            index;
 150         clockid_t               clockid;
 151         seqcount_t              seq;
 152         struct hrtimer          *running;
 153         struct timerqueue_head  active;
 154         ktime_t                 (*get_time)(void);
 155         ktime_t                 offset;
 156 } __hrtimer_clock_base_align;
 157
 158 enum  hrtimer_base_type {
 159         HRTIMER_BASE_MONOTONIC,
 160         HRTIMER_BASE_REALTIME,
 161         HRTIMER_BASE_BOOTTIME,
 162         HRTIMER_BASE_TAI,
 163         HRTIMER_BASE_MONOTONIC_SOFT,
 164         HRTIMER_BASE_REALTIME_SOFT,
 165         HRTIMER_BASE_BOOTTIME_SOFT,
 166         HRTIMER_BASE_TAI_SOFT,
 167         HRTIMER_MAX_CLOCK_BASES,
 168 };
 169
 170 /**
 171  * struct hrtimer_cpu_base - the per cpu clock bases
 172  * @lock:               lock protecting the base and associated clock bases
 173  *                      and timers
 174  * @cpu:                cpu number
 175  * @active_bases:       Bitfield to mark bases with active timers
 176  * @clock_was_set_seq:  Sequence counter of clock was set events
 177  * @hres_active:        State of high resolution mode
 178  * @in_hrtirq:          hrtimer_interrupt() is currently executing
 179  * @hang_detected:      The last hrtimer interrupt detected a hang
 180  * @softirq_activated:  displays, if the softirq is raised - update of softirq
 181  *                      related settings is not required then.
 182  * @nr_events:          Total number of hrtimer interrupt events
 183  * @nr_retries:         Total number of hrtimer interrupt retries
 184  * @nr_hangs:           Total number of hrtimer interrupt hangs
 185  * @max_hang_time:      Maximum time spent in hrtimer_interrupt
 186  * @expires_next:       absolute time of the next event, is required for remote
 187  *                      hrtimer enqueue; it is the total first expiry time (hard
 188  *                      and soft hrtimer are taken into account)
 189  * @next_timer:         Pointer to the first expiring timer
 190  * @softirq_expires_next: Time to check, if soft queues needs also to be expired
 191  * @softirq_next_timer: Pointer to the first expiring softirq based timer
 192  * @clock_base:         array of clock bases for this cpu
 193  *
 194  * Note: next_timer is just an optimization for __remove_hrtimer().
 195  *       Do not dereference the pointer because it is not reliable on
 196  *       cross cpu removals.
 197  */
 198 struct hrtimer_cpu_base {
 199         raw_spinlock_t                  lock;
 200         unsigned int                    cpu;
 201         unsigned int                    active_bases;
 202         unsigned int                    clock_was_set_seq;
 203         unsigned int                    hres_active             : 1,
 204                                         in_hrtirq               : 1,
 205                                         hang_detected           : 1,
 206                                         softirq_activated       : 1;
 207 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
 208         unsigned int                    nr_events;
 209         unsigned short                  nr_retries;
 210         unsigned short                  nr_hangs;
 211         unsigned int                    max_hang_time;
 212 #endif
 213         ktime_t                         expires_next;
 214         struct hrtimer                  *next_timer;
 215         ktime_t                         softirq_expires_next;
 216         struct hrtimer                  *softirq_next_timer;
 217         struct hrtimer_clock_base       clock_base[HRTIMER_MAX_CLOCK_BASES];
 218 } ____cacheline_aligned;
 219
 220 static inline void hrtimer_set_expires(struct hrtimer *timer, ktime_t time)
 221 {
 222         timer->node.expires = time;
 223         timer->_softexpires = time;
 224 }
 225
 226 static inline void hrtimer_set_expires_range(struct hrtimer *timer, ktime_t time, ktime_t delta)
 227 {
 228         timer->_softexpires = time;
 229         timer->node.expires = ktime_add_safe(time, delta);
 230 }
 231
 232 static inline void hrtimer_set_expires_range_ns(struct hrtimer *timer, ktime_t time, u64 delta)
 233 {
 234         timer->_softexpires = time;
 235         timer->node.expires = ktime_add_safe(time, ns_to_ktime(delta));
 236 }
 237
 238 static inline void hrtimer_set_expires_tv64(struct hrtimer *timer, s64 tv64)
 239 {
 240         timer->node.expires = tv64;
 241         timer->_softexpires = tv64;
 242 }
 243
 244 static inline void hrtimer_add_expires(struct hrtimer *timer, ktime_t time)
 245 {
 246         timer->node.expires = ktime_add_safe(timer->node.expires, time);
 247         timer->_softexpires = ktime_add_safe(timer->_softexpires, time);
 248 }
 249
 250 static inline void hrtimer_add_expires_ns(struct hrtimer *timer, u64 ns)
 251 {
 252         timer->node.expires = ktime_add_ns(timer->node.expires, ns);
 253         timer->_softexpires = ktime_add_ns(timer->_softexpires, ns);
 254 }
 255
 256 static inline ktime_t hrtimer_get_expires(const struct hrtimer *timer)
 257 {
 258         return timer->node.expires;
 259 }
 260
 261 static inline ktime_t hrtimer_get_softexpires(const struct hrtimer *timer)
 262 {
 263         return timer->_softexpires;
 264 }
 265
 266 static inline s64 hrtimer_get_expires_tv64(const struct hrtimer *timer)
 267 {
 268         return timer->node.expires;
 269 }
 270 static inline s64 hrtimer_get_softexpires_tv64(const struct hrtimer *timer)
 271 {
 272         return timer->_softexpires;
 273 }
 274
 275 static inline s64 hrtimer_get_expires_ns(const struct hrtimer *timer)
 276 {
 277         return ktime_to_ns(timer->node.expires);
 278 }
 279
 280 static inline ktime_t hrtimer_expires_remaining(const struct hrtimer *timer)
 281 {
 282         return ktime_sub(timer->node.expires, timer->base->get_time());
 283 }
 284
 285 static inline ktime_t hrtimer_cb_get_time(struct hrtimer *timer)
 286 {
 287         return timer->base->get_time();
 288 }
 289
 290 static inline int hrtimer_is_hres_active(struct hrtimer *timer)
 291 {
 292         return IS_ENABLED(CONFIG_HIGH_RES_TIMERS) ?
 293                 timer->base->cpu_base->hres_active : 0;
 294 }
 295
 296 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
 297 struct clock_event_device;
 298
 299 extern void hrtimer_interrupt(struct clock_event_device *dev);
 300
 301 /*
 302  * The resolution of the clocks. The resolution value is returned in
 303  * the clock_getres() system call to give application programmers an
 304  * idea of the (in)accuracy of timers. Timer values are rounded up to
 305  * this resolution values.
 306  */
 307 # define HIGH_RES_NSEC          1
 308 # define KTIME_HIGH_RES         (HIGH_RES_NSEC)
 309 # define MONOTONIC_RES_NSEC     HIGH_RES_NSEC
 310 # define KTIME_MONOTONIC_RES    KTIME_HIGH_RES
 311
 312 extern void clock_was_set_delayed(void);
 313
 314 extern unsigned int hrtimer_resolution;
 315
 316 #else
 317
 318 # define MONOTONIC_RES_NSEC     LOW_RES_NSEC
 319 # define KTIME_MONOTONIC_RES    KTIME_LOW_RES
 320
 321 #define hrtimer_resolution      (unsigned int)LOW_RES_NSEC
 322
 323 static inline void clock_was_set_delayed(void) { }
 324
 325 #endif
 326
 327 static inline ktime_t
 328 __hrtimer_expires_remaining_adjusted(const struct hrtimer *timer, ktime_t now)
 329 {
 330         ktime_t rem = ktime_sub(timer->node.expires, now);
 331
 332         /*
 333          * Adjust relative timers for the extra we added in
 334          * hrtimer_start_range_ns() to prevent short timeouts.
 335          */
 336         if (IS_ENABLED(CONFIG_TIME_LOW_RES) && timer->is_rel)
 337                 rem -= hrtimer_resolution;
 338         return rem;
 339 }
 340
 341 static inline ktime_t
 342 hrtimer_expires_remaining_adjusted(const struct hrtimer *timer)
 343 {
 344         return __hrtimer_expires_remaining_adjusted(timer,
 345                                                     timer->base->get_time());
 346 }
 347
 348 extern void clock_was_set(void);
 349 #ifdef CONFIG_TIMERFD
 350 extern void timerfd_clock_was_set(void);
 351 #else
 352 static inline void timerfd_clock_was_set(void) { }
 353 #endif
 354 extern void hrtimers_resume(void);
 355
 356 DECLARE_PER_CPU(struct tick_device, tick_cpu_device);
 357
 358
 359 /* Exported timer functions: */
 360
 361 /* Initialize timers: */
 362 extern void hrtimer_init(struct hrtimer *timer, clockid_t which_clock,
 363                          enum hrtimer_mode mode);
 364
 365 #ifdef CONFIG_DEBUG_OBJECTS_TIMERS
 366 extern void hrtimer_init_on_stack(struct hrtimer *timer, clockid_t which_clock,
 367                                   enum hrtimer_mode mode);
 368
 369 extern void destroy_hrtimer_on_stack(struct hrtimer *timer);
 370 #else
 371 static inline void hrtimer_init_on_stack(struct hrtimer *timer,
 372                                          clockid_t which_clock,
 373                                          enum hrtimer_mode mode)
 374 {
 375         hrtimer_init(timer, which_clock, mode);
 376 }
 377 static inline void destroy_hrtimer_on_stack(struct hrtimer *timer) { }
 378 #endif
 379
 380 /* Basic timer operations: */
 381 extern void hrtimer_start_range_ns(struct hrtimer *timer, ktime_t tim,
 382                                    u64 range_ns, const enum hrtimer_mode mode);
 383
 384 /**
 385  * hrtimer_start - (re)start an hrtimer
 386  * @timer:      the timer to be added
 387  * @tim:        expiry time
 388  * @mode:       timer mode: absolute (HRTIMER_MODE_ABS) or
 389  *              relative (HRTIMER_MODE_REL), and pinned (HRTIMER_MODE_PINNED);
 390  *              softirq based mode is considered for debug purpose only!
 391  */
 392 static inline void hrtimer_start(struct hrtimer *timer, ktime_t tim,
 393                                  const enum hrtimer_mode mode)
 394 {
 395         hrtimer_start_range_ns(timer, tim, 0, mode);
 396 }
 397
 398 extern int hrtimer_cancel(struct hrtimer *timer);
 399 extern int hrtimer_try_to_cancel(struct hrtimer *timer);
 400
 401 static inline void hrtimer_start_expires(struct hrtimer *timer,
 402                                          enum hrtimer_mode mode)
 403 {
 404         u64 delta;
 405         ktime_t soft, hard;
 406         soft = hrtimer_get_softexpires(timer);
 407         hard = hrtimer_get_expires(timer);
 408         delta = ktime_to_ns(ktime_sub(hard, soft));
 409         hrtimer_start_range_ns(timer, soft, delta, mode);
 410 }
 411
 412 static inline void hrtimer_restart(struct hrtimer *timer)
 413 {
 414         hrtimer_start_expires(timer, HRTIMER_MODE_ABS);
 415 }
 416
 417 /* Query timers: */
 418 extern ktime_t __hrtimer_get_remaining(const struct hrtimer *timer, bool adjust);
 419
 420 static inline ktime_t hrtimer_get_remaining(const struct hrtimer *timer)
 421 {
 422         return __hrtimer_get_remaining(timer, false);
 423 }
 424
 425 extern u64 hrtimer_get_next_event(void);
 426 extern u64 hrtimer_next_event_without(const struct hrtimer *exclude);
 427
 428 extern bool hrtimer_active(const struct hrtimer *timer);
 429
 430 /*
 431  * Helper function to check, whether the timer is on one of the queues
 432  */
 433 static inline int hrtimer_is_queued(struct hrtimer *timer)
 434 {
 435         return timer->state & HRTIMER_STATE_ENQUEUED;
 436 }
 437
 438 /*
 439  * Helper function to check, whether the timer is running the callback
 440  * function
 441  */
 442 static inline int hrtimer_callback_running(struct hrtimer *timer)
 443 {
 444         return timer->base->running == timer;
 445 }
 446
 447 /* Forward a hrtimer so it expires after now: */
 448 extern u64
 449 hrtimer_forward(struct hrtimer *timer, ktime_t now, ktime_t interval);
 450
 451 /**
 452  * hrtimer_forward_now - forward the timer expiry so it expires after now
 453  * @timer:      hrtimer to forward
 454  * @interval:   the interval to forward
 455  *
 456  * Forward the timer expiry so it will expire after the current time
 457  * of the hrtimer clock base. Returns the number of overruns.
 458  *
 459  * Can be safely called from the callback function of @timer. If
 460  * called from other contexts @timer must neither be enqueued nor
 461  * running the callback and the caller needs to take care of
 462  * serialization.
 463  *
 464  * Note: This only updates the timer expiry value and does not requeue
 465  * the timer.
 466  */
 467 static inline u64 hrtimer_forward_now(struct hrtimer *timer,
 468                                       ktime_t interval)
 469 {
 470         return hrtimer_forward(timer, timer->base->get_time(), interval);
 471 }
 472
 473 /* Precise sleep: */
 474
 475 extern int nanosleep_copyout(struct restart_block *, struct timespec64 *);
 476 extern long hrtimer_nanosleep(const struct timespec64 *rqtp,
 477                               const enum hrtimer_mode mode,
 478                               const clockid_t clockid);
 479
 480 extern void hrtimer_init_sleeper(struct hrtimer_sleeper *sl,
 481                                  struct task_struct *tsk);
 482
 483 extern int schedule_hrtimeout_range(ktime_t *expires, u64 delta,
 484                                                 const enum hrtimer_mode mode);
 485 extern int schedule_hrtimeout_range_clock(ktime_t *expires,
 486                                           u64 delta,
 487                                           const enum hrtimer_mode mode,
 488                                           clockid_t clock_id);
 489 extern int schedule_hrtimeout(ktime_t *expires, const enum hrtimer_mode mode);
 490
 491 /* Soft interrupt function to run the hrtimer queues: */
 492 extern void hrtimer_run_queues(void);
 493
 494 /* Bootup initialization: */
 495 extern void __init hrtimers_init(void);
 496
 497 /* Show pending timers: */
 498 extern void sysrq_timer_list_show(void);
 499
 500 int hrtimers_prepare_cpu(unsigned int cpu);
 501 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 502 int hrtimers_dead_cpu(unsigned int cpu);
 503 #else
 504 #define hrtimers_dead_cpu       NULL
 505 #endif
 506
 507 #endif